趙志剛

（四川青神供電有限責(zé)任公司，四川 眉山 620460）

前言。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和電力用戶自動化水平的提高，電氣設(shè)備對電源電壓質(zhì)量的要求越來越高。波動性負(fù)荷造成的局部電網(wǎng)電壓不穩(wěn)和功率因數(shù)惡化嚴(yán)重威脅著高自動化水平設(shè)備的電氣壽命，制約著企業(yè)生產(chǎn)效率的提高。電力系統(tǒng)無功功率的調(diào)節(jié)影響到系統(tǒng)的功率因數(shù)、電壓水平和負(fù)荷平衡，因而是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個重要問題。補(bǔ)償電力系統(tǒng)無功，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，改善系統(tǒng)功率因數(shù)，已成為廣大用戶的迫切要求和電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的研究方向之一。

1.無功功率

凡有電磁線圈的電氣設(shè)備，就要消除因電磁場引起的無功功率。在10kV配電網(wǎng)中所需的無功功率，主要包括配電變壓器的勵磁所損耗的無功功率△QO、配電變壓器繞組電抗所損耗的無功功率△QT、線路電抗所損耗的無功功率△QL及感性用電設(shè)備損耗的無功功率△QF。

即Q＝△QO+△QT+△QL+△QF。

所產(chǎn)生的無功功率，對供電和用電產(chǎn)生了諸多不良影響，如：

1）由于輸送無功功率將引起有功功率損耗，當(dāng)用電客戶需要有功功率P為一定時，無功功率Q越大則網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗就越大；

2）無功功率將造成電壓損失增大；

3）降低了輸變電設(shè)備的供電能力；

4）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出；

5）造成低功率因數(shù)運(yùn)行，使電氣設(shè)備不能充分發(fā)揮。從以上影響看出，不論是從節(jié)約電能，提高供電質(zhì)量，還是從提高供電設(shè)備的供電能力而言，都必須對供用電電網(wǎng)和設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償，以便改善功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的供電能力，使供用電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)合理狀態(tài)下運(yùn)行。

2.無功功率補(bǔ)償原理及原則

在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓90度，純電容負(fù)載中電流超前電壓90度，也就是說純電容中電流與純電感中的電流相位差為180度，可以相互抵消，即當(dāng)電源向外供電時，感性負(fù)載向外釋放的能量在兩種負(fù)荷間相互交換，感性負(fù)荷所需要的無功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。無功功率補(bǔ)償原則有：1）為減少無功功率在線路上流動造成的有功損耗，無功功率補(bǔ)償應(yīng)就近就地進(jìn)行。2）對于配變勵磁無功損耗宜采用固定方式補(bǔ)償，但考慮到運(yùn)行維護(hù)及電容器本身的性能等因素，沿線各配變的無功補(bǔ)償點(diǎn)不應(yīng)超過三處，以二處為宜。對線路感抗所消耗的無功功率，應(yīng)在配變無功補(bǔ)償時統(tǒng)籌考慮。3）對感性負(fù)荷用戶，應(yīng)在用戶處進(jìn)行無功補(bǔ)償，以補(bǔ)償感性負(fù)荷及變壓器繞組的無功損耗，并隨無功負(fù)荷的變化而自動投切電容器組。從電網(wǎng)長期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，只要不出現(xiàn)過補(bǔ)償，功率因素補(bǔ)償?shù)糜哂谩?/p>

3.無功功率補(bǔ)償技術(shù)要求

1）為提高10kV配電線路的供電可靠性和供電可靠率，使電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)。通過城、農(nóng)網(wǎng)的建設(shè)與改造工作，對10kV配電線路加裝無功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)，能使配電網(wǎng)供電能力和客戶端電壓質(zhì)量明顯改善、供電可靠性顯著提高。

2）國家電網(wǎng)公司下發(fā)關(guān)于電力行業(yè)創(chuàng)一流的文件中，要求10kV功率因數(shù)不小于0.9，線損不大于5%，及電壓質(zhì)量和無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行管理等內(nèi)容，其主要解決的問題關(guān)鍵之一，是在10kV線路中投入一定的電容器，采用固定或自動相結(jié)合的投入方式實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。如果在一條供電線路中投入固定的電容器組，一般是按線路低負(fù)荷進(jìn)行計算，而自動補(bǔ)償量是在線路滿負(fù)荷時計算出來的值，一條線路有固定和自動補(bǔ)償兩種方式相互配合，即可達(dá)到理想的效果。

3）無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是就地平衡，根據(jù)農(nóng)網(wǎng)配電線路的實(shí)際情況比較復(fù)雜，不可能是統(tǒng)一模式，所以要采用分散和集中、固定和自動相結(jié)合的方法，分三步進(jìn)行：一是變電所內(nèi)按主變壓器容量的15%左右安裝固定補(bǔ)償電容器組。二是在線路負(fù)荷中心或某處按低負(fù)荷時的無功需求量安裝固定補(bǔ)償電容器組。三是在線路負(fù)荷中心的上側(cè)安裝自動補(bǔ)償電容器組。

4）對于農(nóng)網(wǎng)主要使用的10kV配網(wǎng)系統(tǒng)，完整的無功補(bǔ)償應(yīng)該包括變電站集中補(bǔ)償、10kV線路補(bǔ)償和用戶端低壓補(bǔ)償，再加上隨機(jī)補(bǔ)償，即“3級補(bǔ)償+隨機(jī)補(bǔ)償”。

5）考慮到兼顧降低線損、提高力率與電壓的效果，線路補(bǔ)償原則是通過在線路電桿上安裝電容器實(shí)行單點(diǎn)或多點(diǎn)電容器補(bǔ)償，單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選在離線路首端2/3處，補(bǔ)償?shù)娜萘繎?yīng)為無功負(fù)荷的2/3；兩點(diǎn)補(bǔ)償分別裝設(shè)在距首端2/5和4/5處；若線路較長，負(fù)荷較大，實(shí)施固定補(bǔ)償與自動補(bǔ)償相結(jié)合、在線路上三點(diǎn)進(jìn)行分散補(bǔ)償：第一組裝設(shè)在該線路2/7處為固定補(bǔ)償；第二組為自動補(bǔ)償，裝設(shè)在該線路的4/7處，也是負(fù)荷較為集中地段；第三組為固定補(bǔ)償，裝設(shè)在該線路的6/7處；多點(diǎn)補(bǔ)償是采用分支線分段補(bǔ)償方式，對分支較大或線路較長負(fù)載自然功率因數(shù)低的線路進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)農(nóng)村實(shí)際狀況，農(nóng)網(wǎng)線路補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)不宜過多；控制方式應(yīng)從簡；保護(hù)方式可采用熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓簡單保護(hù)。

6）確定某一條配電線路的補(bǔ)償容量，應(yīng)根據(jù)該線路的平均無功負(fù)荷和最小無功負(fù)荷計算，當(dāng)線路的最小無功負(fù)荷小于平均無功負(fù)荷的2/3時，考慮到無功不應(yīng)倒送，可安裝固定的補(bǔ)償裝置，但應(yīng)按最小無功負(fù)荷確定補(bǔ)償容量。當(dāng)線路中有較大無功負(fù)荷點(diǎn)時，除應(yīng)考慮與線路始端的距離外，也應(yīng)考慮大的無功負(fù)荷點(diǎn)。實(shí)際裝設(shè)補(bǔ)償裝置每組以100～200kvar為宜。

4.無功補(bǔ)償方式

4.1.負(fù)荷的無功功率補(bǔ)償

當(dāng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)處于獨(dú)立工作狀態(tài)時，補(bǔ)償點(diǎn)的選取直接影響到補(bǔ)償效果。尤其在距離較長的線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如農(nóng)電網(wǎng)線路，補(bǔ)償點(diǎn)的影響更加明顯。一些距離很長或帶有特殊負(fù)荷的線路 (如電氣化鐵路的機(jī)車牽引電力線)為保證補(bǔ)償效果，往往在一條線路上安裝多臺補(bǔ)償設(shè)備。安裝點(diǎn)的選取與線路上負(fù)荷的分布情況直接相關(guān)。對于低壓配電網(wǎng)而言，其負(fù)荷一般是沿線路均勻分布的，為使補(bǔ)償前、后的降損效果最大，必須確定補(bǔ)償容量和位置，分三種情況。

1）單點(diǎn)補(bǔ)償。在無功負(fù)荷沿線均勻分布的條件下，對單點(diǎn)補(bǔ)償而言，補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)應(yīng)裝設(shè)在距線路首端為線路全長的2/3處，補(bǔ)償容量為全線所需無功容量的2/3時，線損下降值將為最大。在此情況下，線損下降率為=88.9%

2）兩點(diǎn)補(bǔ)償。可求出極值為Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1應(yīng)裝設(shè)在距首端2/5L處，Q2應(yīng)裝設(shè)在距首端 4/5L處，Q1、Q2的值為線路所需無功的2/5倍。線損下降率為=96%

4.2.配變無功功率補(bǔ)償

配變的無功損耗由△QO和△QT兩部分組成?！鱍O場是用來建立磁場的勵磁無功損耗，與負(fù)荷電流無關(guān)，△QT場是與負(fù)荷電流的平方成正比的漏磁無功損耗，已在負(fù)荷處進(jìn)行補(bǔ)償。配變固定無功損耗的補(bǔ)償，應(yīng)該根據(jù)配變的固定無功損耗和線路無功損耗來研究補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置。

5.結(jié)束語

目前，在配電網(wǎng)特別是工農(nóng)業(yè)配電網(wǎng)中，用電負(fù)荷自然功率因數(shù)低，無功消耗大，對電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電效益影響較大，因此搞好配網(wǎng)無功補(bǔ)償，有益于改善系統(tǒng)電壓和用戶電壓質(zhì)量、降低線路損耗、減少運(yùn)行費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益，同時也能提高社會效益。

[1]羅安，漆銘鈞.智能型無功最優(yōu)補(bǔ)償及裝置[J].電力系統(tǒng)自動化，1999.